Ну что друзья, я готов открыть этот ящик Пандоры. Что такое ИСО на самом деле! Почему в вашем фотоаппарате его, скорее всего, вообще невозможно изменить. Нативное ИСО, двойное ИСО, индекс экспозиции, gain - давайте разбираться!
Данная тема, будет полезно тем, кто стремится к максимальному качеству фотографий, и совершенно не нужна тем, кто рассуждает так: "а какая разница, клиенты всё равно же разницы не видят".
Плёнка с ИСО 200 была ровно в два раза чувствительнее, чем с ИСО 100. Причём плёнки любых фирм обязаны были иметь одинаковую чувствительность на одинаковых ИСО. Это было необходимо для возможности подсчёт экспозиции.
Когда появились цифровые камеры, чувствительность матрицы менять было невозможно, матрица всегда имела одну, максимально возможную для неё чувствительность. А диафрагмой и затвором фотограф управлял тем, сколько на неё пройдёт света!
Разберём на примере Никон д800, он имеет очень большой динамический диапазон, но в нём невозможно изменить ИСО! Матрица всегда находится на одной максимально возможной для неё чувствительности. На самом деле таких фотоаппаратов очень много.
Берём Д800, настраиваю диафрагму и затвор так, чтобы на ИСО 1600 была правильная экспозиция, делаем фотографию. Теперь ставим ИСО 100 и получаем тёмную фотографию. Но если я открою их в программе для обработки, и подыму экспозицию второй фотографии на 4 шага - то получу такую же фотографию как та, что снята на 1600! Экспозиция и количество шума на сто процентном увеличении, будут одинаковы.
В этой камере есть только одно-единственное ИСО его принято называть "нативное ИСО" и его невозможно изменить. Когда вы якобы меняете ИСО на этой камере, на самом деле вы меняете "gain" - усиление!
Неважно поставил я ИСО 100 или ИСО 1600 - матрица имеет одинаковую чувствительность и в процессор будет отправлять одинаковый сигнал. А вот процессор уже будет применять усиление к этому сигналу в зависимости от того какое "ИСО" мы выбрали во время съёмки.
Что такое усиление простым языком. Сигнал с матрицы, фотоаппарат преобразовывает в цифры, их там в каждом пикселе много, но давайте упростим до одной. Сигнал с пикселя прилетел, и фотоаппарат записал его как - 2. Если мы поднимаем "ИСО" на шаг, то прилетевший сигнал всё равно будет 2, но фотоаппарат увеличивает его в два раза и запишет как 4, если ещё на шаг, то он вместо двойки запишет цифру 8. Это происходит в процессоре, а матрица во всех этих случаях принимала, и отправляла дальше сигнал уровня - 2. Увлечение ИСО в данной камере - это просто умножение уже полученных с матрицы цифр, так сказать.
В прикреплённых примерах мы видим полный размер и 100% кроп, снятые с разным ИСО. При увеличении в 300% можно заметить небольшие различия. Но, во-первых, неясно, где фото лучше, во-вторых, в родной программе Никон и в С1, они немного разные (и открытие фото с ИСО 1600 и усиление фото, снятое на ИСО 100). Это небольшие различия алгоритмов усиления - gain. Каждая программа делает немного по-своему.
Что такое шум на такой камере? Матрица работает так, что она сама по себе издаёт небольшой сигнал. Если мы не снимем крышку с объектива и сделаем фото - хоть на матрицу свет и не попал, но какие-то цифры всё равно будут записаны с каждого пикселя. Это особенность работы матрицы, это можно назвать - естественный шум матрицы.
Если у нас было выбрано "ИСО" 100, то к этим цифрам не будет применяться усиление. Они такие маленькие, что на фото глазом их не увидеть, и нам кажется всё идеально. А вот если мы начнём задирать ИСО, а в этом фотоаппарате подъём ИСО - это просто увеличение всех полученных цифр, то фотоаппарат начнёт увеличивать те цифры, которые получились из-за "естественного шума" - в какой-то момент это станет видно на фото.
Я привёл палитру из фотошопа и выбрал максимально чёрный цвет - видите все показатели по нулям.
Чёрный - это полное отсутствие сигнала. Если каждый пиксель на матрице отправит нули, то мы получим идеально чёрную фотографию с полным отсутствием шумов. Но матрица работает так, что каждый пиксель отправит всё-таки небольшой сигнал (даже если на него вообще не попал свет). На второй палитре видно, что там уже значения не по нулям, но визуально разницы нет. Вот каждый пиксель отправит немного разный сигнал (один будет чуть светлее, другой чуть темнее) - но такой слабый, что мы не увидим! До тех пор, пока не усилим его (gain). Усиление будет увеличивать эти цифры, и мы начнём видеть этот шум. Причём неважно, делает ли усиление фотоаппарат или программа. Немного разная работа алгоритмов приведёт к немного разному результату, но сложно сказать где лучше и т.д.
Если на пиксель попал сигнал больше чем естественный шум матрицы, то он его перебивает и там остаётся информация только о сильном сигнале. Поэтому в светлых частях нет шума.
А если света на пиксель попало мало, то он записывается в файл вместе с теми цифрами, которые созданы естественным шумом. И когда мы делаем усиление сигнала, фотоаппарат умножает вообще все цифры, да он усиливает полученный сигнал, но при этом и естественный шум матрицы. Поэтому чем слабее сигнал попал на пиксель (чем слабее был свет) тем сильнее его надо усилить, а значит, сильнее усилится естественный шум - и на кадре будут видны шумы. Именно поэтому шум сначала появляется в самых тёмных местах.
Но может быть так, у вас на 1600 уже сильно шумно, вам даже в голову не придёт поставить 3200, ведь и на 1600 уже совсем плохо. Но вы всё же рискнули и чудо! шума на фото стало сильно меньше, чем было. Это называется двойное ИСО и впервые было применено в крутых кино камерах.
Значит, у вас в руках камера, у которой существует аж два настоящих значения ИСО!
У нас есть ИСО 100 - это именно чувствительность матрицы. Когда мы на камере увеличиваем ИСО выше, чем 100, у нас идёт изменение gain! Чувствительность матрице не меняется! Фото с неё идут совершено одинаковые (хоть на 100, хоть на 1600), просто потом процессором по-разному усиливаются.
Но когда мы выбрали ИСО 3200, эта камера изменила характеристики матрицы - она по-настоящему стала чувствительнее к свету! Она именно уловила больше света! произошло именно изменение ИСО, а не gain! В этот момент сигнал, который матрица отправила в процессор, реально сильней, чем тот сигнал, который отправлялся до этого! И там, где было темно, и полученный сигнал терялся среди "естественного шума матрицы", теперь сигнал стал сильнее, чем естественный шум.
Если мы будем дальше крутить "ИСО", то у нас опять будет меняться усилие (gain) на 6400 матрица будет работать так же, как на 3200, но изменится gain!
Как производитель добивается именно усиление чувствительности матрицы - сложно сказать. Часто можно найти объяснения, что на матрицу подаётся больше напряжение и тд. Правда, также много видел и опровержений этого. Но нас, это, на самом деле, не должно волновать. Нам просто нужно понять два этих момента: есть gain - математическое усиление уже имеющегося файла, а есть ИСО - это когда меняется чувствительность матрицы и она реально принимает больше света.
В тексте использовались цифры для простоты объяснения. На самом деле у Д800 нативное ИСО около 50. Бывают фотоаппараты, у которых нативное ИСО 100, а бывает и вышел. Двойное ИСО, если оно есть в камере, также может быть на самых разных значениях.
Чтобы была какая-то практическая польза, если у вас Никон или Сони можете найти их на сайте. И посмотреть, есть ли у вас вторе ИСО, если есть - этим уже можно пользоваться. На последней картинке видно, что на фотоаппарате Никон z9 нет смысла ставить ИСО 400, вместо него лучше поставить ИСО 800, так как ДД будет выше. А ДД напрямую связан с шумами (сверху ДД обрезается засвеченными пикселями, а снизу шумами в тенях). На 800 шумов будет меньше чем на 400. Т.е. это как раз камера с двумя настоящими ИСО. Если на графике вашего фотоаппарата есть такой скачок, то лучше его учитывать.
И обратите внимание, если на плёнке ИСО у всех фирм обязательно было одинаковое. То сейчас каждая фирма может делать что угодно. На этой картинке мы видим, что когда вы на Никоне z9 ставите ИСО400, то по экспозиции, это будет соответствовать ИСО 281 на плёнке. А когда ставите ИСО 800, то это как ИСО 561 на плёнке.
Если у вас Кэнон, там чуть сложнее и то, что описано про Д800 не получится. Это разберём во второй части! Также разберёмся, что такое ДД на самом деле, как ДД связан с шумами и ИСО, и gain, и что делать в сложных условиях, как выжать из своего фотоаппарата несколько ступеней ДД!
Некоторые компании (вроде даже Сони) поначалу не хотели обманывать своих клиентов и вместо ИСО пытались использовать обозначение EI - «индекс экспозиции». Но очень сложно что-то новое объяснять клиентам. Когда у всех конкурентов привычное ИСО, а у вас вообще нет ИСО, зато есть какая-то новая странная шутка, ваши продажи будут падать. И неважно, что вы просто хотели быть честным!
Это сложная тема так что будет несколько последовательных статей.
Огромное спасибо за помощь и консультации: Vladimir Medvedev и Nature Photo Team и Стас Неклюдов и Евгений Чуканов